Способ подготовки воды для пищевых производств



Способ подготовки воды для пищевых производств
Способ подготовки воды для пищевых производств

 


Владельцы патента RU 2531404:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) (RU)

Изобретение может быть использовано для подготовки водопроводной воды предприятиями пищевых производств, в частности при производстве безалкогольных напитков. Способ включает очищение воды от механических примесей путем фильтрации, обработку воды импульсным ультразвуковым полем с частотой 22±1,65 кГц, мощностью ультразвукового колебания 120-200 Вт, интенсивностью порядка 10-20 Вт/см2 и экспозицией 3-5 мин. Затем воду повторно фильтруют и обрабатывают ультрафиолетовым излучением длиной волны 200-250 нм. Способ обеспечивает упрощение технологии обработки питьевой воды при одновременном увеличении степени очистки воды от нежелательных примесей и получение воды требуемого качества. 2 ил., 1 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к способам подготовки питьевой воды и может быть использовано для подготовки водопроводной воды предприятиями пищевых производств, в частности при производстве безалкогольных напитков. Известны способы подготовки и очищения воды путем использования ультразвуковой обработки.

Известен способ подготовки питьевой воды, в котором производят ультразвуковую обработку полем с интенсивностью (1÷70)·104 Вт/м2, создаваемым гидродинамическим генератором, и одновременно для насыщения питьевой воды кислородом осуществляют подачу кислородосодержащего газа (RU 2333156, C02F 1/34, заявл. 15.02.2006, опубл. 10.09.2008).

Недостатками данного способа являются высокие энергозатраты, необходимость утилизации образующихся отходов, а также ограниченность применения, поскольку для ряда пищевых производств насыщение воды кислородом является нежелательным, в частности для безалкогольного производства.

Известен способ очистки воды от неорганических и органических веществ, включающий прокачивание очищаемой воды через гидродинамический излучатель в режиме кавитации (RU №2333154, C02F 1/34, заявл. 16.04.2007, опубл. 10.09.2008). Способ предусматривает подачу газовой фазы, содержащей озон с концентрацией более 10 г/м3, поступление потока из гидродинамического излучателя в контактную камеру перед преграждающей поверхностью и фильтрование воды от твердых взвесей.

Недостатком данного способа является то, что из-за насыщения озоно-воздушной смесью вода приобретает высокую окислительную способность и становится коррозионно-активной, кроме того, озон - токсичный газ, поэтому любое его использование требует тщательного контроля техники безопасности.

Наиболее близким по технологической сущности к заявляемому изобретению является способ обработки воды, включающий воздействие электрогидравлическим ударом, при котором воду одновременно обрабатывают импульсным ультразвуковым полем с частотой не более 1,3 кГц и интенсивностью порядка 37-51 Вт/см2 (RU 2301199, C02F 1/48, заявл. 28.11.2005, опубл. 20.06.2007).

Недостатком данного способа является его ограниченные функциональные возможности за счет направленности только на уменьшение солевых отложений, а также трудоемкость за счет необходимости утилизации образующихся отходов и использования специального оборудования.

Задачей изобретения является упрощение технологии обработки питьевой воды для пищевых производств, преимущественно безалкогольного производства, при одновременном увеличении полноты очистки воды от нежелательных примесей и получении воды заданного качества (повышении эффективности процесса очистки).

Указанная задача решается тем, что в способе подготовки воды для пищевых производств, включающем очищение воды от механических примесей путем фильтрации, обработку воды импульсным ультразвуковым полем, согласно изобретению, обработку воды ультразвуковым излучением осуществляют с частотой 22±1,65 кГц, мощностью ультразвукового колебания 120-200 Вт, интенсивностью порядка 10-20 Вт/см2 и экспозицией 3-5 мин, затем воду повторно фильтруют и обрабатывают ультрафиолетовым излучением длиной волны 200-250 нм.

Необходимость обеспечения высокого качества питьевой воды для производства пищевых продуктов, в частности безалкогольных напитков, связано с тем, что даже незначительные отклонения в качестве воды могут привести к резкому снижению качества готовой продукции. Требования к качеству питьевой воды для производства безалкогольных напитков определяется технологической инструкции по водоподготовке ТИ 10-5031536-73-90.

Требования к воде по ТИ-10-5031536-73-10 для производства безалкогольных напитков (выборочно)
Регламентируемый показатель
рН 3-6
Жесткость, мг-экв./л 0,7
Общее микробное число (ОМЧ), КОЕ/мл
≤25

Так, присутствие в воде микроорганизмов в количествах выше допустимых может привести к образованию посторонних запахов, ухудшению вкуса напитка, помутнению, образованию осадка в готовом напитке.

Повышенная общая жесткость используемой воды могут придать напитку солоноватый привкус и привести к образованию осадка.

Для корректировки рН воды приходится дополнительно вносить лимонную кислоту, что заметно увеличивает себестоимость продукции.

Таким образом, в зависимости от источников водоснабжения и состава питьевая вода, используемая для технологических нужд безалкогольного производства, должна подвергаться обработке с целью корректировки ее химического состава и обеспечения микробиологической чистоты.

Известно, что воздействие ультразвуковых колебаний на воду приводит к изменениям ее структуры, что, в свою очередь, в различной степени отражается на свойствах и показателях качества воды.

Изменение структуры и свойств воды определяются рядом эффектов, вызываемых ультразвуковой обработкой. Одним из наиболее мощных эффектов является кавитационная дезинтеграция, вызывающая диссоциацию молекулы воды и разрушение субстанций, в ней присутствующих.

Кавитация является достаточным по энергетике и весьма эффективным процессом деструкции воды. Кавитационная дезинтеграция как результат воздействия первичного и вторичного звуков акустического поля кавитации вызывает разрушение водородных связей внутри ассоциатов молекул воды, что повышает ее гидратационную активность.

Химическое действие УЗ можно описать следующим образом. В кавитации участвуют пузырьки, наполненные паром жидкости и/или растворенных летучих веществ. Газообразные молекулы воды, попавшие в растущие микропузырьки, разрушаются, как при пиролизе, образуя гидроксильные радикалы и протон:

H2O→HO-+.

Следует заметить, что некоторые эффекты кавитационной дезинтеграции могут действовать уже в отсутствие кавитации, т.е. возникают так называемые вторичные эффекты кавитационной дезинтеграции. Так, если вода, предварительно подвергнутая кавитационной обработке, сохраняет электрический заряд, обусловленный неравновесным содержанием ионов, до контакта с объектом, то эффект разрушающего действия гидроксилов становится «трансферентным» (Шестаков, С.Д. Технология и оборудование для обработки пищевых сред с использованием кавитационной дезинтеграции // С.Д. Шестаков, О.Н. Красуля, В.И. Богуш, И.Ю. Потороко. М.: Изд-во «ГИОРД», 2013. - 152 с.).

Из литературы известны высокие антибактериальные свойства ультрафиолетового (УФ) излучения (см., например, Л.А. Кульский. Основы химии и технологии воды. Киев: Наукова думка, 1991). Установлено также усиление бактерицидных свойств УФ, при предварительной обработке воды УЗ, которое снижает количество взвешенных частиц в воде, повышая, таким образом, эффективность УФ.

Были проведены исследования по возможности применения ультразвуковой обработки в технологии подготовки воды для пищевых производств, изучены ее влияние на основные показатели качества воды и ее микробиологическую чистоту.

С целью установления эффективного режима обработки проводились пробные лабораторные испытания. Для контроля был выбран образец водопроводной воды (исходные показатели качества: рН - 7,9; жесткость - 8,2 мг-экв./л; ОМЧ - 19 КОЕ/мл).

Для обоснования рационального режима ультразвукового воздействия был исследован процесс изменения рН, общей жесткости и микробного числа в зависимость от мощности реактора и экспозиции. Исследования показали, что при использовании предлагаемой технологии водоподготовки снижается рН воды, общая жесткость и общее микробное число по сравнению с контрольным образцом воды.

Установлено, что рН в среднем снижается при обработке УЗ в течение 3 мин на 0,29-0,34 ед. от контрольного значения; в течение 5 мин обработки - на 0,34-0,36 ед. от контрольного значения. Определено, что на снижение рН мощность ультразвукового колебания практически не влияет.

Ультразвуковая обработка воды приводит к снижению значений показателя общей жесткости, в среднем на 20% от исходного значения при обработке мощностью 160 и 200 Вт в течение 3 мин; воздействие УЗ в течение 5 мин при указанных значениях мощности позволяет снизить значение жесткости еще лишь на 5-7%.

Интенсивность же снижения общей жесткости при обработке мощностью 120 Вт в течение 3 и 5 мин значительно уступает результатам обработки воды мощностью ультразвука 160 и 200 Вт.

Изобретение поясняется изображениями, где на фиг.1 показан график, на котором дана зависимость рН от мощности и экспозиции УЗ воздействия, а на фиг.2 - график, на котором дана зависимость общей жесткости от мощности и экспозиции УЗ воздействия.

Помимо этого, снижается значение общего микробного числа (ОМЧ) воды за счет разрушающего действия ультразвуковой кавитации на клетки микроорганизмов.

Определение ОМЧ воды показало, что максимальный эффект достигается при обработке воды мощностью реактора 200 Вт в течение 5 минут воздействия - снижение ОМЧ на 44%.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

На воду, очищенную от механических примесей путем фильтрации, воздействуют ультразвуковым излучением в режиме: частота 22±1,65 кГц, мощность ультразвукового колебания 120-200 Вт, интенсивность порядка 10-20 Вт/см2, экспозиция 3-5 мин, затем воду повторно фильтруют и обрабатывают ультрафиолетовым излучением длиной волны 200-250 нм.

В результате рН снижается в среднем на 0,29-0,36 ед., общая жесткость - на 16-22%, общее микробное число - на 32-44%.

Пример 1.

На воду, очищенную от механических примесей путем фильтрации, воздействуют ультразвуковым излучением в режиме: частота 22±1,65 кГц, мощность ультразвукового колебания 160 Вт, интенсивность порядка 10 Вт/см2, экспозиция 4 мин, затем воду повторно фильтруют и обрабатывают ультрафиолетовым излучением длиной волны 200 нм.

В результате рН снижается в среднем на 0,32 ед., общая жесткость - на 18%, общее микробное число - на 38%.

Пример 2.

Осуществляется аналогично примеру 1, при следующих режимах: частота 22±1,65 кГц, мощность реактора 120 Вт, интенсивность порядка 15 Вт/см2, экспозиция 5 мин. Длина волны УФ излучения 225 нм.

В результате рН снижается в среднем на 0,34 ед., общая жесткость - на 17%, общее микробное число - на 32%.

Пример 3.

Осуществляется аналогично примеру 1, при следующих режимах: частота 22±1,65 кГц, мощность реактора 200 Вт, интенсивность порядка 15 Вт/см2, экспозиция 3 мин. Длина волны УФ излучения 250 нм.

В результате рН снижается в среднем на 0,3 ед., общая жесткость - на 20%, общее микробное число - на 42%.

Таким образом, использование предлагаемой технологии водоподготовки на основе ультразвукового воздействия для пищевых производств, в частности безалкогольной промышленности, позволяет эффективно корректировать свойства воды в части таких показателей как рН, общая жесткость и общее микробное число.

В зависимости от исходных свойств воды режимы технологии водоподготовки можно корректировать с учетом предложенных примеров.

Способ подготовки воды для пищевых производств, включающий очищение воды от механических примесей путем фильтрации, обработку воды импульсным ультразвуковым полем, отличающийся тем, что обработку воды ультразвуковым излучением осуществляют с частотой 22±1,65 кГц, мощностью ультразвукового колебания 120-200 Вт, интенсивностью порядка 10-20 Вт/см2 и экспозицией 3-5 мин, затем воду повторно фильтруют и обрабатывают ультрафиолетовым излучением длиной волны 200-250 нм.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к обработке воды с применением магнитных полей и может быть использовано в пищевой промышленности, медицине и фармакологии. Способ получения питьевой воды включает забор воды из природного источника, очистку от твердых примесей и обработку путем пропускания воды через аппарат, представляющий собой устройство, имеющее внешний и внутренний цилиндр.

Изобретение относится к очистке воды, в частности к комплексной очистке воды. Исходную воду предварительно пропускают через модуль центробежных фильтров 3 с электромагнитными элементами, после чего подают в накопительную емкость 4 с одновременной подачей в воду хлоросодержащего препарата, полученного в электролизере 15 электролизом поваренной соли, далее воду подают на батарею половолоконных ультрафильтров 8, после чего осуществляют окончательную обработку воды на фотокаталитической колонке 11 на основе нанокристаллического диоксида титана и ультрафиолетовым излучением в бактерицидном модуле 16.

Изобретение может быть использовано для очистки природных поверхностных и подземных вод при получении питьевой воды. Для осуществления способа проводят осветление пропусканием воды через слой пенопластовых кубиков или вспененный полистирол, фильтруют через кварцевый песок с крупностью зерен 0,3-1,5 мм и гравий от 2 до 32 мм.
Изобретение может быть использовано на тепловых электростанциях. Способ включает осветлительное фильтрование и глубокое умягчение потока продувочной воды перед утилизацией, подачу в циркуляционную систему добавочной воды и предварительное ее умягчение реагентной декарбонизацией и натрий-катионированием в щелочной среде, умягчение воды натрий-катионированием в режимах первичного и вторичного катионирования, предупреждение непрерывного выброса в атмосферный воздух фенола из состава оборотной воды в процессе ее испарительного охлаждения и бактерицидную обработку потока добавочной воды производным полигексаметиленгуанидина.

Изобретение относится к очистке воды скотобоен и мясокомбинатов. .

Изобретение относится к способам глубокой очистки сточных вод, включающих красители и поверхностно-активные вещества. .

Изобретение относится к области многоступенчатой очистки воды с автоматизированной системой управления, предназначено для обеспечения населения чистой питьевой водой на отдельных территориальных участках, в частности в жилых многоэтажных домах, и может быть использовано в торговых центрах, различных производственных помещениях, больницах, аптеках.

Изобретение относится к области радиационной очистки промышленных и бытовых сточных вод, в том числе их обеззараживания и очистки от неорганических и органических соединений, таких как фенолы, нефтепродукты, поверхностно-активные вещества (ПАВ) и др., путем воздействия импульсного электронного пучка.

Изобретение относится к области очистки оборотных и заборных вод, промышленных стоков, технологических жидкостей и может быть использовано на металлообрабатывающих предприятиях и в металлургии.

Изобретение относится к области очистки производственных сточных вод, содержащих кобальт, марганец и бром, образующихся, например, при производстве терефталевой кислоты.

Группа изобретений может быть использована для переработки осадков, образующихся при очистке городских и промышленных сточных вод, с получением негниющего осадка и электрической энергии.

Изобретение относится к очистным сооружениям, используемым на моечных станциях автотранспорта. Флотационно-фильтрационная установка содержит заборный фильтр, всасывающий трубопровод, обратный клапан, насосный агрегат, эжектор, соединенный с байпасным трубопроводом и установленный на входе насосного агрегата, камеру флотации с фильтром и слоем фильтрующей загрузки, а на входе в эжектор установлена защитная сетка, служащая для предотвращения засорения сопла эжектора, при этом эжектор имеет два штуцера, один из которых служит для ввода раствора реагента и соединяется трубкой с насосом-дозатором, а другой служит для подсоса атмосферного воздуха, при этом в обоих штуцерах встроены обратные клапаны, при этом эжектор связан с двухступенчатым сатуратором, вторая ступень которого содержит манометр и выходную магистраль, соединенную с единым трубопроводом, при этом вторая ступень сатуратора через обратный клапан связана с распределительным коллектором через сопла, расположенные в нижней части камеры флотации, содержащей скребковый механизм, лоток и переливную трубку, связанную с верхней частью фильтра, имеющего слой адсорбирующей фильтрующей загрузки, которая удерживается поддерживающей и прижимной рамками, каждое из сопел распределительного коллектора состоит из корпуса сопла со шнеком, соосно расположенным в нижней части корпуса сопла, и расположенный в верхней части корпуса штуцер с цилиндрическим отверстием для подвода жидкости, соединенным с диффузором, осесимметричным корпусу и штуцеру, шнек запрессован в корпус с образованием цилиндрической камеры, расположенной над шнеком, соосно диффузору, и соединенной с ним последовательно, причем шнек выполнен с центральным дроссельным отверстием, а внешняя поверхность шнека представляет собой, по крайней мере, однозаходную винтовую канавку и расположена внутри корпуса, причем выход винтовой канавки соединен с выходной конической камерой, к торцу которой прикреплен пластинчатый распылитель, который состоит из перпендикулярных оси шнека и параллельных между собой, по крайней мере, двух пластин, одна из которых, первая пластина, имеет центральное отверстие, диаметр которого равен диаметру большего из отверстий выходной конической камеры, а вторая пластина выполнена сплошной и крепится к первой посредством, по крайней мере, трех крепежных элементов, включающих в себя винт, гайку и простановочную калиброванную шайбу, устанавливаемую между пластинами и выполняющую функцию регулирующего звена, управляющего зазором.

Изобретение относится к очистному оборудованию для загрязненной текучей среды газопромывных устройств и использованию дискового центробежного сепаратора и может быть использовано в судостроительной промышленности.

Переносная система обработки воды включает по меньшей мере одну подсистему для обработки воды, включающую систему флокуляции, систему хлорирования и систему биопесочной фильтрации.

Изобретение относится к устройствам для электрохимической обработки воды и может быть использовано в медицинской, косметической и пищевой промышленности. Устройство содержит корпус, источник питания, анод и катод.

Изобретения могут быть использованы при очистке жидкостей и газов от органических загрязнений. Для осуществления способа загрязненные жидкость или газ подают в очистной резервуар, содержащий адсорбент на основе углерода в форме слоя, опирающегося на плиту на дне резервуара.

Изобретение относится к способу очистки отработанной щелочи (L) из устройства для получения углеводородов посредством крекинга содержащего углеводороды исходного сырья.

Изобретение может быть использовано водоочистке. Исходная сточная вода по трубопроводу 1 поступает в первичный отстойник 2, где происходит ее осветление.

Изобретение относится к технике для электролиза воды, а именно к электролизеру, включающему корпус с электродами: анодом и катодом из электродных элементов в виде пластин, диэлектрическую прокладку между электродами, элементы для ввода рабочего раствора и вывода газов.

Устройство включает водород-генерирующую систему, содержащую водород-генерирующий агент в качестве основного компонента, и приспособление для образования пузырьков водорода, вмещающее водород-генерирующую систему и имеющее секцию для разделения газа и жидкости, снабженную газопроницаемой пленкой или клапаном типа открыто-закрыто.

Изобретение относится к способу и устройству для преобразования газообразного углеводорода в жидкий углеводород. Реактор, действующий на основе нетеплового повторяющегося импульсного скользящего разряда, содержит: высоковольтный источник энергии, выполненный с возможностью подачи импульсного высоковольтного потенциала; входное отверстие для газа; входное отверстие для жидкого сорбента; выходное отверстие для продукта; первые электроды, соединенные с высоковольтным источником энергии; вторые электроды, которые являются заземленными; и желоб; причем первые электроды отделены от вторых электродов разрядной областью.
Наверх